Vsebina
- Enačba sile dviga
- Izpeljava enačbe dvigala
- Druge uporabe koeficienta dvigala
- Kalkulator enačbe in koeficienta dviga
Ne glede na to, ali preučujete letenje ptic, ki se s krili pretepajo, da se dvignejo v nebo, ali dviganje plina iz dimnika v ozračje, lahko preučite, kako se predmeti dvignejo pred silo gravitacije, da boste bolje spoznali te metode "letenja". "
Pri letalski opremi in brezpilotnih letalih, ki letijo po zraku, je let odvisen od premagovanja gravitacije, pa tudi od števila sile zraka proti tem objektom, odkar so brata Wright izumili letalo. Izračun dvižne sile vam lahko pove, koliko sile je potrebno za te predmete v zraku.
Enačba sile dviga
Predmeti, ki letijo po zraku, se morajo spoprijeti s silo zraka, ki deluje proti sebi. Ko se predmet premika naprej po zraku, je sila vlečenja tisti del sile, ki deluje vzporedno s tokom gibanja. Nasprotno je dviganje tisti del sile, ki je pravokoten na pretok zraka ali drugega plina ali tekočine proti objektu.
Ustvarjena umetna letala, kot so rakete ali letala, uporabljajo enačbo sile dviga L = (C)L ρ v2 A) / 2 za silo dviga L, dvižni koeficient CL, gostota materiala okoli predmeta ρ ("rho"), hitrost v in krilo A. Koeficient dviga povzema učinke različnih sil na objekt v zraku, vključno z viskoznostjo in stisljivostjo zraka ter kotom karoserije glede na pretok, s čimer je enačba za izračun dvigala veliko bolj preprosta.
Znanstveniki in inženirji običajno določajo CL poskusno z merjenjem vrednosti dvižne sile in njihovo primerjavo s hitrostjo predmetov, površino razpoka kril in gostoto tekočega ali plinskega materiala, v katerega je objekt potopljen. Izdelava grafa dviga glede na količino (ρ v2 A) / 2 bi vam dal vrstico ali niz podatkovnih točk, ki jih je mogoče pomnožiti s CL za določitev sile dviganja v enačbi sile dviga.
Bolj napredne računalniške metode lahko določijo natančnejše vrednosti dvižnega koeficienta. Vendar obstajajo teoretični načini za določitev dvižnega koeficienta. Če želite razumeti ta del enačbe sile dviganja, si lahko ogledate izpeljavo formule dvižne sile in kako se izračuna koeficient sile dviga kot posledica teh sil v zraku na predmetu, ki doživlja dviganje.
Izpeljava enačbe dvigala
Če želite upoštevati nešteto sil, ki vplivajo na predmet, ki leti skozi zrak, lahko določite koeficient dviga CL kot CL = L / (qS) za silo dviga L, površina S in dinamični tlak tekočine q, navadno merjeno v paskalih. Dinamični tlak tekočine lahko pretvorite v njegovo formulo q = ρu2/ 2 dobiti CL = 2L / ρu2S v kateri ρ je gostota tekočine in u je hitrost pretoka. Iz te enačbe ga lahko preuredite tako, da dobite enačbo sile dviga L = CL ρu2S / 2.
Ta dinamični tlak tekočine in površina v stiku z zrakom ali tekočino sta močno odvisna tudi od geometrije zračnega predmeta.Za predmet, ki ga je mogoče približati cilindru, kot je letalo, se mora sila raztezati navzven od telesa predmeta. Površina površine bi bila torej obod valjastega telesa, ki je enak višini ali dolžini predmeta S = C x h.
Površinsko površino lahko razlagate tudi kot debelino, količino deljenja z dolžino, t , tako, da ko pomnožite debelino z višino ali dolžino predmeta, dobite površino. V tem primeru S = t x h.
Razmerje med temi spremenljivkami površine vam omogoča, da grafično ali eksperimentalno izmerite, kako se razlikujejo, da bi preučili učinek sile okoli oboda valja ali sile, ki je odvisna od debeline materiala. Obstajajo druge metode merjenja in preučevanja predmetov v zraku z uporabo dvižnega koeficienta.
Druge uporabe koeficienta dvigala
Obstaja veliko drugih načinov približevanja koeficienta krivulje dviga. Ker mora koeficient dviga vsebovati veliko različnih dejavnikov, ki vplivajo na let zrakoplova, ga lahko uporabite tudi za merjenje kota, ki bi ga letalo lahko imelo glede na tla. Ta kot je znan kot napadni kot (AOA), ki ga predstavlja α ("alfa") in lahko ponovno napišete koeficient dviga CL = CL0 + CLαα.
S tem ukrepom CL ki ima dodatno odvisnost zaradi AOA α, lahko enačbo ponovno napišete kot α = (CL + CL0) / CLα in po poskusnem določanju dvižne sile za posamezen specifični AOA lahko izračunate splošni dvižni koeficient CL. Nato lahko poskusite izmeriti različne AOA, da ugotovite, katere vrednosti so CL0 in CLα bi ustrezala _._ Ta enačba predvideva, da se dvižni koeficient linearno spreminja z AOA, zato lahko obstajajo nekatere okoliščine, v katerih se lahko bolj natančna enačba koeficientov bolje prilega.
Da bi bolje razumeli AOA o sili dvigala in koeficientu dviga, so inženirji preučili, kako AOA spreminja način letenja letala. Če graficirate koeficiente dviganja glede na AOA, lahko izračunate pozitivno vrednost naklona, ki je znana kot dvodimenzionalni naklon krivulje dviga. Raziskave pa so pokazale, da je po neki vrednosti AOA CL vrednost se zmanjša.
Ta največja AOA je znana kot točka odlašanja, z ustrezno hitrostjo zaustavitve in največjo CL vrednost. Raziskave debeline in ukrivljenosti materiala zrakoplova so pokazale načine izračuna teh vrednosti, če poznate geometrijo in material zračnega predmeta.
Kalkulator enačbe in koeficienta dviga
Nasa ima spletno aplikacijo, ki prikazuje, kako enačba dvigala vpliva na let letala. Ta temelji na kalkulatorju dvižnega koeficienta, z njim pa lahko nastavite različne vrednosti hitrosti, kota, ki ga zračni predmet zasede glede na tla in površino, ki jo imajo predmeti glede na material, ki obdaja zrakoplov. Applet vam celo omogoča uporabo zgodovinskih letal, da pokažete, kako so se razvijali oblikovani modeli od 1900-ih let.
Simulacija ne upošteva spremembe teže zračnega predmeta zaradi sprememb na območju krila. Če želite ugotoviti, kakšen učinek bi to imel, lahko opravite meritve različnih vrednosti površin na dvižni sili in izračunate spremembo sile dviga, ki bi jo povzročile te površine. Izračunate lahko tudi gravitacijsko silo, ki bi jo imele različne mase z uporabo W = mg za težo zaradi gravitacije W, mase m in konstante gravitacijskega pospeška g (9,8 m / s2).
Uporabite lahko tudi "sondo", ki jo lahko usmerite okoli predmetov v zraku in tako prikažete hitrost na različnih točkah vzdolž simulacije. Simulacija je tudi omejena, da se letalo približa ravni plošči kot hiter in umazan izračun. To lahko uporabite za približevanje rešitev enačbi sile dviga.